สำรวจความแปรปรวนของนักพเนจร SIMP 0136
ทีมนักวิจัยนานาชาติได้พบการแปรผันความสว่างบนวัตถุมวลพอๆ กับดาวเคราะห์ที่ล่องลอยอย่างเป็นอิสระ(free-floating planetary-mass object) ดวงหนึ่งว่า จะต้องเป็นผลรวมอันซับซ้อนจากตัวแปรในชั้นบรรยากาศ และไม่สามารถอธิบายได้ว่าเกิดจากเมฆเท่านั้น
ด้วยการใช้กล้องเวบบ์เพื่อจับตาดูสเปคตรัมแสงอินฟราเรดที่เปล่งออกมาตลอดช่วงสองรอบการหมุนรอบตัวเต็มของ SIMP 0136 ทีมก็สามารถตรวจจับการแปรผันในชั้นเมฆ, อุณหภูมิและองค์ประกอบคาร์บอน ที่เคยถูกซ่อนไว้ ผลสรุปได้ให้แง่มุมที่สำคัญสู่ความซับซ้อนของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ทั้งในและนอกระบบสุริยะของเราในแบบสามมิติ คุณลักษณะของวัตถุลักษณะนี้เป็นสิ่งจำเป็นในการช่วยเตรียมการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรง ด้วยกล้องโทรทรรศน์โรมันซึ่งมีกำหนดเริ่มทำงานในปี 2027
SIMP 0136 เป็นวัตถุหมุนรอบตัวเร็วที่ล่องลอยอย่างเป็นอิสระมีมวลราว 13 เท่าดาวพฤหัสฯ อยู่ภายในทางช้างเผือกห่างจากโลกเพียง 20 ปีแสงเท่านั้น แม้ว่ามันจะไม่ได้ถูกจำแนกเป็นดาวเคราะห์นอกระบบก๊าซยักษ์เนื่องจากมันไม่มีดาวฤกษ์แม่ SIMP 0136 ก็เป็นเป้าหมายที่สมบูรณ์แบบในการศึกษาอุตุนิยมวิทยาดาวเคราะห์นอกระบบ
มีความเป็นไปได้ที่ SIMP 0136 จะไม่ใช่ดาวเคราะห์เลยโดยเป็นดาวแคระน้ำตาล(brown dwarf) ซึ่งเป็นวัตถุที่ก่อตัวเหมือนกับดาวฤกษ์แต่มีมวลสูงไม่พอที่จะจุดระเบิดการหลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมในแกนกลาง นอกจากนี้ “ดาวฤกษ์แท้ง” เหล่านี้ยังมีขีดจำกัดมวลขั้นต่ำที่ 13 เท่าดาวพฤหัสฯ ซึ่งก็พอดีกับมวลของ SIMP 0136 ด้วย แต่ไม่ว่าจะเป็นอะไร มันเป็นวัตถุในกลุ่มอิสระที่สว่างที่สุดบนซีกฟ้าเหนือ
การแบ่งวัตถุตามมวลแบบคร่าวๆ ภาพปก ภาพจากศิลปินแสดงวัตถุมวลพอๆ กับดาวเคราะห์ที่ล่องลอยเป็นอิสระ SIMP 0136
เนื่องจากมันอยู่ห่างโดดเดี่ยว จึงสามารถสำรวจได้โดยไม่ต้องกังวลแสงที่ปนเปื้อนหรือความแปรผันจากดาวฤกษ์แม่ และคาบการหมุนรอบตัวที่สั้นเพียง 2.4 ชั่วโมงโลก ทำให้สำรวจมันได้อย่างมีประสิทธิภาพมากๆ ก่อนการสำรวจของกล้องเวบบ์ SIMP 0136 ถูกศึกษาอย่างปรุโปร่งโดยใช้หอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินและกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและสปิตเซอร์ของนาซา
Allison McCarthy นักศึกษาปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยบอสตัน และผู้เขียนนำการศึกษาที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters อธิบายว่า เราทราบแล้วว่ามันมีความสว่างที่แปรปรวน และเราก็เชื่อมั่นว่ามีชั้นเมฆเป็นปื้น ซึ่งหมุนเข้าและออกจากแนวสายตาของเราและมีการเปลี่ยนแปลงตามเวลา เรายังเคยคิดอาจเกิดจากความแปรปรวนอุณหภูมิ, ปฏิกิริยาเคมี และอาจจะรวมถึงผลกระทบบางอย่างจากกิจกรรมออโรราที่ส่งผลต่อความสว่าง แต่เราก็ยังไม่แน่ใจ
เพื่อหาคำตอบ ทีมใช้ความสามารถของเวบบ์เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความสว่างตลอดอินฟราเรดอย่างแม่นยำมาก
ด้วยการใช้สเปคโตรกราฟอินฟราเรดใกล้(NIRSpec) เวบบ์จับสเปคตรัมในช่วง 0.6 ถึง 5.3 ไมครอนได้ 5726 สเปคตรัม แต่ละครั้งทำทุกๆ 1.8 วินาทีตลอดกว่าสามชั่วโมงที่วัตถุหมุนรอบตัวครบหนึ่งรอบเต็ม และตามด้วยการสำรวจจากเครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ในทันทีซึ่งรวบรวมการตรวจสอบสเปคตรัมจากช่วง 5 ถึง 14 ไมครอนได้หลายร้อยครั้ง แต่ละครั้งเก็บทุกๆ 19.2 วินาที จากการหมุนรอบตัวอีกรอบของวัตถุ
SIMP 0136 ตามที่มองเห็นจากการสำรวจดาราศาสตร์ Legacy Survey
ผลที่ได้เป็นกราฟแสงที่มีรายละเอียดสูงหลายร้อยอัน ซึ่งแต่ละอันแสดงการเปลี่ยนแปลงความสว่างในสี(ความยาวคลื่น) ที่แม่นยำมากๆ เมื่อแต่ละด้านของวัตถุหมุนเข้ามา เมื่อได้เห็นสเปคตรัมเต็มๆ ของวัตถุนี้เปลี่ยนแปลงในชั่วไม่กี่นาทีเป็นเรื่องที่ไม่น่าเชื่อ Johanna Vos ผู้นำทีมจากทรินิตี้คอลเลจ ดับลิน กล่าว จนถึงตอนนี้ เรามีเพียงสเปคตรัมอินฟราเรดใกล้ ช่วงเวลาสั้นๆ จากฮับเบิล และการตรวจสอบความสว่างเต็มรอบการหมุนรอบตัวจากสปิตเซอร์เท่านั้น
ทีมพบแทบจะในทันทีว่ามีรูปร่างในกราฟแสงที่ชัดเจนมากมาย ในบางช่วงเวลา ความยาวคลื่นช่วงหนึ่งก็เรืองสว่างกว่า ในขณะที่ส่วนอื่นก็มืดลงหรือไม่เปลี่ยนแปลงเลย การเปลี่ยนแปลงความสว่างจะต้องมาจากปัจจัยที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่ง
Philip Muirhead ผู้เขียนร่วม จากมหาวิทยาลัยบอสตัน เช่นกัน อธิบายว่า ลองจินตนาการเมื่อเฝ้าดูโลกจากที่ที่ไกลมากๆ ถ้าคุณมองไปทีละสีแยกกัน คุณก็น่าจะได้เห็นรูปแบบที่แตกต่างกันที่บอกอะไรคุณเกี่ยวกับพื้นผิวและชั้นบรรยากาศ แม้ว่าคุณจะมองไม่เห็นรายละเอียดเหล่านั้นเลย สีฟ้าอาจจะเพิ่มมากขึ้นเมื่อมหาสมุทรหมุนเข้ามา การเปลี่ยนแปลงในช่วงสีน้ำตาลและเขียวน่าจะบอกคุณเกี่ยวกับพื้นดินและพืชพันธุ์ได้
เพื่อระบุให้ได้ว่าอะไรที่อาจเป็นสาเหตุของความแปรผันบน SIMP 0136 ทีมใช้แบบจำลองชั้นบรรยากาศเพื่อแสดงว่าแสงแต่ละความยาวคลื่นมีกำเนิดจากส่วนใดในบรรยากาศ ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันก็ให้ข้อมูลจากความลึกที่ต่างกันในชั้นบรรยากาศ McCarthy อธิบาย เราเริ่มตระหนักว่าความยาวคลื่นที่มีรูปร่างบนกราฟแสงที่เหมือนกันมากที่สุดก็บอกถึงความลึกที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งตอกย้ำความคิดที่ว่าพวกมันจะต้องเกิดจากกลไกเดียวกัน
กราฟแสงจาก NIRSpec แสดงความสว่างที่เปลี่ยนแปลงเมื่อวัตถุหมุนรอบตัวแบ่งเป็นความยาวคลื่นที่แตกต่าง 3 ชุด(ตามสี) ตลอดสามชั่วโมงของวันที่ 23 กรกฎาคม 2023 ความสว่างที่แปรผันเกี่ยวข้องกับรายละเอียดในชั้นบรรยากาศที่แตกต่างกัน เมฆในส่วนลึกที่ประกอบด้วยอนุภาคเหล็ก, เมฆที่สูงขึ้นมาเป็นเม็ดซิลิเกตจิ๋ว และจุดร้อนและเย็นในระดับที่สูงมากๆ หมุนเข้าและออกจากแนวสายตา (ต่อ)
ทางขวาแสดงโครงสร้างที่น่าจะเป็นในชั้นบรรยากาศ SIMP 0136 โดยลูกศรสีแสดงความยาวคลื่นเดียวกับที่แสดงในกราฟแสง ลูกศรหนาบอกถึงแสงที่มากกว่า(สว่างกว่า) ลูกศรบางคือแสงที่น้อยกว่า(สลัวกว่า)
ยกตัวอย่างเช่น ความยาวคลื่นกลุ่มหนึ่ง มีกำเนิดลึกในชั้นบรรยากาศซึ่งอาจเป็นปื้นเมฆที่มีองค์ประกอบเป็นอนุภาคเหล็ก กลุ่มที่สองมาจากเมฆที่สูงกว่าที่คิดว่าประกอบด้วยเม็ดแร่ซิลิเกตขนาดจิ๋ว ความแปรผันของกราฟแสงทั้งสองเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความเป็นปื้นในชั้นเมฆ ความยาวคลื่นกลุ่มที่สามมีกำเนิดในชั้นที่สูงมากๆ เหนือกลุ่มเมฆ และดูเหมือนจะเป็นไปตามอุณหภูมิ จุดร้อนสว่างอาจมีความเกี่ยวข้องกับแสงเหนือใต้ที่เคยตรวจพบในช่วงวิทยุ หรือเป็นก๊าซร้อนที่ลอยขึ้นมาจากชั้นบรรยากาศที่อยู่ลึกลงไป
กราฟแสงบางส่วนยังไม่สามารถอธิบายได้ด้วยเมฆหรืออุณหภูมิ แต่กลับแสดงความแปรปรวนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีของคาร์บอนในชั้นบรรยากาศ นี่อาจเป็นกลุ่มก้อนของคาร์บอนมอนอกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ ที่กำลังหมุนเข้าและออกจากแนวสายตา หรือเป็นปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้ชั้นบรรยากาศเกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป
เรายังไม่ได้หาคำตอบเกี่ยวกับส่วนปฏิกิริยาเคมีในปริศนานี้ Vos กล่าว แต่ผลสรุปเหล่านี้ก็น่าตื่นเต้นมากแล้วเนื่องจากพวกมันกำลังแสดงถึงปริมาณของโมเลกุลอย่างมีเธนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่อาจเปลี่ยนแปลงจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งและตามเวลา ถ้าเรากำลังมองไปที่ดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งและทำการตรวจสอบได้เพียงครั้งเดียว เราคงต้องคำนึงว่ามันอาจจะไม่ใช่ทั้งหมดของดาวเคราะห์นี้
แหล่งข่าว webbtelescope.org :NASA’s Webb exposes complex atmosphere of starless super-Jupiter
space.com : James Webb Space Telescope dives into the atmosphere of a mystery rogue planet or failed star
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
